馬菊英，金成彬，彭春艷

太陽(yáng)能光伏玻璃原料用砂的提純?cè)囼?yàn)研究

馬菊英1，金成彬1，彭春艷2

（1.蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，安徽 蚌埠 233018；2.建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024）

在對(duì)陜西某地的石英巖礦進(jìn)行工藝礦物分析基礎(chǔ)上，采用磨礦、分級(jí)、磁選、擦洗、浮選等工藝進(jìn)行選礦提純研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用磨礦—分級(jí)—磁選—擦洗—浮選組合工藝后，可獲得石英精砂SiO299.89%、Al2O30.017%、Fe2O30.0054%、TiO20.01%，達(dá)到了光伏玻璃用砂的要求。

石英巖礦；提純?cè)囼?yàn)；太陽(yáng)能光伏玻璃

1 前言

能源是人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基石，隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來(lái)越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。太陽(yáng)能光伏發(fā)電已成為太陽(yáng)能利用的首選方向，并在發(fā)達(dá)國(guó)家得以廣泛應(yīng)用，光伏玻璃作為太陽(yáng)能發(fā)電的重要組件，要求有色雜質(zhì)含量低、高度透明、透光性好，因此光伏玻璃生產(chǎn)中對(duì)硅質(zhì)原料要求十分嚴(yán)格。

太陽(yáng)能光伏玻璃用石英砂化學(xué)指標(biāo)(%)為：SiO2≥99.5、Al2O3≤0.05、Fe2O3≤0.006、TiO2≤0.02；粒度指標(biāo)為：+0.6mm≤0.5%、-0.6～+0.125mm≥95%、-0.125mm≤4.5%。

本文探索了陜西某地石英巖礦選礦提純工藝，在對(duì)該石英巖礦工藝礦物分析基礎(chǔ)上，采用磨礦、分級(jí)、磁選、擦洗、浮選等方法進(jìn)行研究，生產(chǎn)的石英精砂滿足了光伏玻璃對(duì)硅質(zhì)原料的要求。

2 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)所用的樣品為陜西某地石英巖礦表層樣，礦石堅(jiān)硬，塊狀構(gòu)造，樣品表面呈黑色、黃褐色，部分半透明，斷口有油脂光澤。樣品經(jīng)破碎、篩分，混勻、縮分制得-3mm粒級(jí)作為本次試驗(yàn)原料。

2.1 礦物組成

經(jīng)顯微鏡下鑒定、X-射線衍射物相分析和掃描電鏡觀察：該礦主要成分為石英，其次為長(zhǎng)石、云母、綠泥石、泥質(zhì)物；鐵礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及鐵質(zhì)污染物等物，各礦物含量(%)：石英90.34、長(zhǎng)石3.9、云母2.0、綠泥石2.0、泥質(zhì)物1.0、磁鐵礦0.11、鈦鐵礦0.10、赤鐵礦0.09、褐鐵礦0.24、鐵質(zhì)物0.12、其他0.1。其中赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦呈細(xì)?！⒓?xì)粒狀產(chǎn)出，分別有16.5%連生狀態(tài)和21.4%包裹狀態(tài)；褐鐵礦為不規(guī)則細(xì)粒、微粒狀，多分散分布在石英、長(zhǎng)石、綠泥石等礦物的裂隙或邊緣部位，80%以上呈連生、包裹態(tài)存在，呈單體礦物者較少見。鐵質(zhì)污染物為微粒褐鐵礦與泥質(zhì)混雜而成，多充填在石英的裂隙或呈皮膜狀附著在其表面，與石英交生密切，較難徹底分離，鐵的化學(xué)物相分析見表1。

表1 試樣中鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果

2.2 多元素分析

試樣多元素分析結(jié)果(%)：SiO298.57、Al2O30.31、FeO 0.065、Fe2O30.373、TiO20.049、K2O 0.077、CaO 0.011、MgO 0.011、Na2O 0.032、LOI 0.27。

根據(jù)試樣多元素分析結(jié)果可知，F(xiàn)e2O3和Al2O3含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽(yáng)能光伏玻璃用砂要求，因此，需要對(duì)試樣進(jìn)行選礦提純，根據(jù)石英砂Fe、Al分布特性，試驗(yàn)過(guò)程以Fe2O3含量為試驗(yàn)條件判斷依據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 磨礦—分級(jí)試驗(yàn)

為滿足太陽(yáng)能光伏玻璃對(duì)原料粒度要求，需進(jìn)行磨礦作業(yè)將粗粒級(jí)磨碎至合格粒級(jí)，磨礦介質(zhì)回轉(zhuǎn)過(guò)程中與礦物間相互摩擦和棒磨擦洗，有助于雜質(zhì)礦物的分離，便于后續(xù)工序的提純，磨礦的好壞決定了礦物的解離程度，影響分選效果，磨礦粒度過(guò)粗，則磨礦效率低下，磨礦粒度過(guò)細(xì)，會(huì)造成精砂產(chǎn)率降低。

磨礦后附著于石英顆粒表面的泥質(zhì)和粘土礦物被剝離，以細(xì)顆粒形態(tài)混合于礦漿內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)這些雜質(zhì)礦物與目的礦物分離，同時(shí)控制產(chǎn)品粒度下限(-0.125mm)，對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)試驗(yàn)，試驗(yàn)主要考察分級(jí)的上升水量對(duì)沉砂中細(xì)粒級(jí)含量的影響，同時(shí)控制分級(jí)溢流的“跑粗”。磨礦—分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 磨礦—分級(jí)試驗(yàn)條件及結(jié)果

由表2可知，上升水量增加，分級(jí)沉砂產(chǎn)率和沉砂中細(xì)粒級(jí)含量降低，分級(jí)溢流中+0.125mm含量增加；當(dāng)上升水量為40L/h時(shí)，分級(jí)沉砂中-0.125mm粒級(jí)的含量為4.39%，滿足太陽(yáng)能光伏玻璃用砂粒度要求，分級(jí)溢流中跑粗較少。綜合考慮用水量的問(wèn)題，確定分級(jí)作業(yè)上升水量為40L/h。

3.2 磁選試驗(yàn)

為除去試樣在破碎、磨礦過(guò)程中混入的機(jī)械鐵和試樣中的磁性礦物，將磨礦—分級(jí)后的精砂作為入選砂進(jìn)行磁選試驗(yàn)。磁選試驗(yàn)條件及結(jié)果見表3。

表3 磁選試驗(yàn)條件及結(jié)果

由表3可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁選精砂中Fe2O3含量隨之降低，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到7 000×80A/m后，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，精砂中Fe2O3含量變化不明顯，確定磁選的最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度為7 000×80A/m。

3.3 重選—磁選試驗(yàn)

試樣中存在少量的密度較大的重礦物，這些重礦物主要是含鈦、鐵等礦物，這些雜質(zhì)礦會(huì)影響產(chǎn)品的純度和白度，最終會(huì)影響光伏玻璃的透明度，本試驗(yàn)主要采用φ600mm螺旋溜槽、磨礦—分級(jí)的精砂作為入選砂進(jìn)行重選—磁選試驗(yàn)。重選—磁選的精砂結(jié)果見表4。

表4 重選—磁選試驗(yàn)條件結(jié)果

由表4可知，重選可有效降低精砂中Fe2O3含量，分級(jí)精砂經(jīng)重選后，F(xiàn)e2O3含量由0.075%降低到0.059%，兩次重選和一次重選精砂指標(biāo)中Fe2O3含量變化不大，確定選用一次重選。重選精砂再磁選后Fe2O3含量為0.017%，該結(jié)果要優(yōu)于未經(jīng)過(guò)重選作業(yè)直接磁選的結(jié)果，因此，試驗(yàn)確定選用一道重選作業(yè)。>

3.4 擦洗試驗(yàn)

擦洗是借助于機(jī)械外力和砂粒之間的磨剝力來(lái)除去石英砂表面的薄膜鐵、膠結(jié)物和泥質(zhì)，加酸介質(zhì)有助于未成單體礦物集合體的碎裂，再經(jīng)脫泥作業(yè)達(dá)到進(jìn)一步提純的效果。重選—磁選精砂作為加酸擦洗試驗(yàn)的入選砂，擦洗試驗(yàn)主要探索擦洗介質(zhì)用量和擦洗時(shí)間對(duì)精砂中Fe2O3含量的影響。擦洗介質(zhì)用量試驗(yàn)見圖1，擦洗時(shí)間試驗(yàn)見圖2。

圖1 擦洗介質(zhì)用量試驗(yàn)

圖2 擦洗時(shí)間試驗(yàn)

由圖1和圖2可知，介質(zhì)擦洗能進(jìn)一步降低精砂中Fe2O3含量，提高精砂質(zhì)量，隨著擦洗時(shí)間延長(zhǎng)和介質(zhì)用量的增加，擦洗精砂中Fe2O3含量隨之降低。H2SO4用量為18.4kg/t，擦洗時(shí)間10min較為適宜，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，指標(biāo)略好，但會(huì)加大設(shè)備的磨損，提高能耗的同時(shí)增加選礦成本。

3.5 浮選試驗(yàn)

浮選是為了除去石英顆粒內(nèi)浸染狀或透鏡狀的含鐵雜質(zhì)礦以及長(zhǎng)石，云母等含鋁雜質(zhì)的礦物，利用石英與長(zhǎng)石等雜質(zhì)礦物Zeta電位的不同，硫酸為調(diào)整劑、采用混合捕收劑，在pH值=2～3的酸性環(huán)境中進(jìn)行的反浮選試驗(yàn)，磨礦—分級(jí)—重選—磁選—擦洗后的精砂為浮選試驗(yàn)入料。試驗(yàn)主要探索浮選藥劑用量對(duì)精砂指標(biāo)影響。捕收劑用量對(duì)精砂中Fe2O3影響見圖3。

圖3 捕收劑用量試驗(yàn)

由圖3可知，捕收劑用量增大，精砂產(chǎn)率降低，精砂中Fe2O3含量降低，捕收劑用量為0.75kg/t時(shí)，精砂中Fe2O3為0.005 8%，最終精砂的多元素分析結(jié)果(%)：SiO299.72、Al2O30.017、Fe2O30.005 8、TiO20.01、K2O 0.054、CaO 0.006 5、MgO 0.0084、Na2O 0.017、LOI 0.16。

由此可知，陜西某地脈石英巖礦經(jīng)磨礦、分級(jí)、重選、磁選、擦洗、浮選組合工藝流程選別后，精砂各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)和粒度組成均滿足太陽(yáng)能光伏玻璃對(duì)硅質(zhì)原料質(zhì)量要求。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 磨礦—分級(jí)作業(yè)能夠有效控制石英砂粒度，同時(shí)磨礦起到一定的擦洗作業(yè)，有利于石英顆粒表面膠結(jié)物、粘土礦物的分離。

(2) 對(duì)含鈦鐵礦的石英砂，重選、磁選作業(yè)有較好的提純效果。

(3) 擦洗、浮選作業(yè)可以大幅度降低石英砂Fe2O3和Al2O3含量，最佳的擦洗介質(zhì)用量為18.4kg/t，擦洗時(shí)間10min，浮選捕收劑用量0.75kg/t。

(4) 通過(guò)對(duì)選礦提純工藝試驗(yàn)探索，采用磨礦、分級(jí)、重選、磁選、擦洗、浮選組合工藝可獲得滿足太陽(yáng)能光伏玻璃對(duì)硅質(zhì)原料的要求。

(5) 擦洗、浮選作業(yè)中的藥劑可考慮循環(huán)利用，最終用堿石灰中和以減少污染。

[1]任東風(fēng).從加工粒度談我國(guó)硅質(zhì)原料的綜合利用[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2006(4)：48-49.

[2]劉理根，高惠民，張凌燕.高純石英砂選礦工藝研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，1996(4)：39-41，14.

[3]申士富.高純石英砂研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2006(5)：13-16.

[4]鄭翠紅，孫顏剛，楊文雁，等.石英砂提純方法研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2008(5)：16-18.

TQ174.11；TQ171.611

A

1007-9386(2014)06-0018-03

2014-07-09